28.11.2016
Mit einem interferometrischen Verfahren konnte die Empfindlichkeit breitbandiger ferromagnetischer Resonanzmessungen (FMR) um fast zwei Größenordnungen gesteigert werden. Auf diese Weise können zukünftig die magnetischen Eigenschaften einzelner Nanostrukturen mit FMR-Messungen untersucht werden.
Bei ferromagnetischen Resonanz-Messungen mittels Vektor-Netzwerk-Analysator (VNA-FMR) wird eine ferromagnetische Schicht auf einen koplanaren Wellenleiter aufgelegt und der Durchgang einer Hochfrequenzanregung durch den Wellenleiter gemessen.
Durch die Hochfrequenzanregung kommt es zu einer Präzession der Magnetisierung des magnetischen Materials. Bei bestimmten angelegten Magnetfeldern ist die Anregung mit einer gegebenen Hochfrequenzanregung besonders effizient. Hier spricht man von ferromagnetischer Resonanz und es kommt zur maximalen Absorption des Hochfrequenzsignals, die mit dem Netzwerk-Analysator gemessen werden kann.
Aus Form und Lage des Absorptionssignals können wichtige magnetische Parameter wie z.B. magnetische Anisotropien bestimmt werden. Diese Kenngrößen sind auch bei mikro- und nanostrukturierten magnetischen Strukturen von großem Interesse.
Allerdings nimmt die Absorptionsamplitude proportional mit dem Probenvolumen ab und ist daher für kleine Strukturen nicht mehr messbar. Um auch diese kleinen Absorptionsänderungen messen zu können, wurde nun an der PTB ein interferometrischer Messaufbau entwickelt. Dazu wird die Hochfrequenzanregung einmal durch die Probe und zum anderen durch einen ansonsten identischen Wellenleiter ohne Probe geschickt. Durch geschickte Überlagerung der beiden Signale löschen sich die starken Hochfrequenzanregungen aus und das reine Signal der magnetischen Probe wird sichtbar. Unter optimalen Bedingungen wurde so eine Verbesserung der Messempfindlichkeit um fast zwei Größenordnungen erreicht. Auch entsprechend kleinere Proben sind damit nun einer Analyse zugänglich.
Bild 1: Schematische Darstellung des interferometrischen VNA-FMR Messaufbaus